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阵列信号处理中DOA算法分类总结(大全)
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2018-10-18
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阵列信号处理作为信号处理的一个重要分支,在通信、雷达、声纳、地震勘探和射电天文等领域内获得了广泛应用和迅速发展。阵列信号处理将一组传感器按一定方式布置在空间不同位置上,形成传感器阵列。用传感器阵列来接收空间信号,相当于对空间分布的场信号采样,得到信号源的空间离散观测数据。其目的主要是对阵列接收到的信号进行处理,增强所需要的有用信号,抑制无用的干扰和噪声,并提取有用的信号特征以及信号所包含的信息。 --------------------- 作者:Wilder_ting 来源:CSDN 原文:https://blog.csdn.net/Wilder_ting/article/details/78960631 版权声明:本文为博主原创文章,转载请附上博文链接!
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阵列信号处理中的 DOA(窄带)
空域滤波 波束形成:主要研究信号发射/接收过程中的信号增强。
空间谱估计 空域参数估计:从而对目标进行定位/给空域滤波提供空域参数。
测向 波达方向估计(DOA)
空间谱:输出功率 P 关于波达角 θ 的函数,P(θ).
延迟——相加法/经典波束形成器 注,延迟相加法和 CBF 法本质相同,仅仅
是 CBF 法的最优权向量是归一化了的。
1、传统法 常规波束形成 CBF / Bartlett 波束形成器
常规波束形成(CBF:Conventional Beam Former)
Capon 最小方差法/Capon 波束形成器/ MVDR 波束形成器
最小方差无畸变响应(MVDR:minimum variance distortionless response)
Root-MUSIC 算法
多重信号分类法 解相干的 MUSIC 算法
(MUSIC)
基于波束空间的 MUSIC 算法
TAM
旋转不变子空间法 LS-ESPRIT
(ESPRIT)
TLS-ESPRIT
确定性最大似然法(DML:deterministic ML)
阵列
信号
处理
无法超过瑞
利限的制约,
分 辨率 上 有
本 质的 局 限
性。
波
达
方
向
估
计
的
算
法
大 特征 值 对应
的特征矢量:
信号子空间
小 特征 值 对应
的特征矢量:
噪声子空间
2、子空间法
子空间算法可
以 突 破 瑞 利
限 , 达 到 较 高
的分辨率
计 算 量 小 , 不
需 进 行 谱 峰 搜
索
3、最大似然法
随机性最大似然法(SML:stochastic ML)
4、综合法:特性恢复与子空间法相结合的综合法,首先利用特征恢复方案区分多个信号,估
计空间特征,进而采用子空间法确定波达方向
最大似然估计法是最优的方法,即便是在信噪比很低的环境下仍然具有良好的性能,但是通常
计算量很大。同子空间方法不同的是,最大似然法在原信号为 相关信号 的情况下也能保持 良好的性
能。
阵列流形矩阵(导向矢量矩阵)只要确定了阵列各阵元之间的延迟 τ,就可以很容易地得出一
个特定阵列天线的阵列流形矩阵 A 。
传统的波达方向估计方法是基于波束形成和零波导引概念的,并没有利用接收信号向量的模型
(或信号和噪声的统计特性)。知道阵列流形 A 以后,可以对阵列进行电子导引,利用电子导引可
以把波束调整到任意方向上,从而寻找输出功率的峰值。
① 常规波束形成(CBF)法
CBF 法,也称延迟—相加法/经典波束形成器法/傅里叶法/ Bartlett 波束形成法,是最简单的 DOA
估计方法之一。这种算法是使波束形成器的输出功率相对于某个信号为最大。
(参考自:阵列信号处理中 DOA 估计及 DBF 技术研究_赵娜) 注意:理解信号模型
注意:上式中,导向矩阵 A 的行向量表示第
K
个天线 阵元对 N 个不同的信号 s(i)的附加权值,列向量表
示第
i
个信号
s(i)在 M 个不同的天线上的附加权值。
将式(2.6)的阵元接收信号,写成矢量形式为:
X(t)=AS(t)+N(t)
其中,X(t)为阵列的 M×1 维 快拍数据矢量,N(t)为阵列的 M×1 维噪声数据矢量,S(t)为信号空
间的 N×1 维矢量,A 为空间阵列的 M×N 维阵列流型矩阵(导向矢量矩阵),且
A=¿
]
其中,导向矢量
a
i
(
ω
0
)
为列矢量,表示第 i 个信号在 M 个天线上的附加权值
a
i
(
ω
0
)
=
[
exp (− j ω
0
τ
1i
)
exp (− j ω
0
τ
2i
)
⋮
exp (− j ω
0
τ
Mi
)
]
,i=1,2 ,…, N
式中,
ω
0
=2πf =2π
c
λ
,其中,c 为光速,λ 为入射信号的波长。
对于均匀线阵,第 k 个天线阵元对接收到的第 i 个信号 s(i)的时间延时为
τ
ki
,则有:
τ
ki
=
(
k−1
)
d sin θ
i
/c ,k=1,2 , … , M ,
其中,d 为阵元间距,一般取 d=
𝜆
/2
。
第 i 个信号在天线阵元上的入射角为
𝜃
i
。
由上述的知识可知,一旦知道阵元间的延迟表达式 τ,就很容易得出特定空间阵列的导向矢量或阵
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